31399 - SISTEMI ENERGETICI T

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2018/2019

Conoscenze e abilità da conseguire

Studio dei gruppi turbogas a ciclo di Brayton. Ottimizzazione delle grandezze caratteristiche (rendimento e lavoro specifico) in funzione del rapporto di compressione e della temperatura massima. Gruppi turbogas bialbero. Accoppiamento compressore turbina. Regolazione e gestione dei gruppi turbogas. Impianti a vapore con surriscaldamento, risurriscaldamento e rigenerativi. Ottimizzazione termodinamica di rendimento e lavoro in funzione delle grandezze caratteristiche di funzionamento. Regolazione dei gruppi a vapore. Studio di gruppi combinati: grandezze di uso comune, principali tipologie di impianti. Ottimizzazione termoeconomica di gruppi combinati. Dimensionamento del bottomer per diversi livelli di pressione per assegnata taglia di turbina a gas. Utilizzo di codici di calcolo per la valutazione delle prestazioni di gruppi a ciclo combinato gas-vapore.

Programma/Contenuti

MODULO I

Gas ideale, gas perfetto e gas reale: compressione stp-by-step. Entalpie e calori specifici in funzione della temperatura: codici di calcolo. Espansione step-by-step. Entalpia e calori specifici di una miscela di gas. Potere calorifico inferiore e superiore valutato per via sperimentale e mediante le entaplie di formazione.

Determinazione analitica del bilancio energetico in una camera di combustione non adiabatica. Efficienza della combustione e rendimento della camera di combustione. Combustione: aria teorica, aria reale ed eccesso d'aria. Normal metri cubi e Standard metri cubi.

Gruppo turbogas a ciclo di Brayton. Schema impiantistico di un gruppo turbogas a ciclo di Brayton. Principio di funzionamento di compressore, turbina e camera di combustione. Andamento, nel caso a cp costante, di lavoro e rendimento di un gruppo turbogas in funzione del rapporto di compressione del ciclo, del rendimento politropico e della TIT. Caso reale e isoentropico. Ciclo di Brayton nel diagramma T,s. Equazioni che regolano il funzionamento di un gruppo a turbogas nel caso di gas reale e macchina reale. Assunzioni delle costanti di lavoro e risoluzione del sistema di equazioni. Confronto tra le prestazioni ideali e reali di un gruppo turbogas. Influenza della temperatura massima, dei rendimenti politropici e del rapporto di compresisone sulle prestazioni reali. confronto con il caso di gas ideale.

Gruppi a vapore, generalità, principio di funzionamento e schema. Diagramma di scambio termico nel condensatore e problematiche sull'abbassamento della pressione di condensazione. La rugiada acida. Valutazione analitica sulla massimizzazione del rendimento al variare dei parametri termodinamici di un gruppo a vapore (dh/ds<h/s). Gruppi a vapore ipercritici. Influenza dell'abbassamento della pressione di condensazione di un gruppo a vapore sul rendimento termodinamico. Schema di gruppo a vapore risurriscaldato, diagramma T,s. Ottimizzazione della pressione di risurriscaldamento di un gruppo a vapore. Temperatura di compenso. Scelta della pressione di risurriscaldamento ottimale ai fini della ottimizzazione del rendimento. Andamento del titolo allo scarico di una turbinaa vapore in funzione della pressione di risurriscaldamento. Schema di gruppo a vapore rigenerativo e principio di funzionamento. Diagramma T,s. Ottimizzazione termodinamica conseguente all'adozione di uno spillamento in un gruppo a vapore (grado di rigenerazione). Scambiatori a miscela e a superifcie: differenze funzionali e prestazionali. Schema di gruppo a vapore a tre spillamenti. Diagramma T,s. di un grupo a vapore rigenerativo a 3 spillamenti. Bilanci termici negli scambiatori rigenerativi. Espressione della potenza complessiva e del rendimento.

Il generatore di vapore. Schema e principio di funzionamento. Percorso acqua e percorso fumi. Il problema della temperatura dei fasci vaporizzatori. Lo scambiatore Ljungstrome e sua relazione con la rigenerazione. La disposizione dei lanciafiamme. La temperatura di combustione (determinazione grafica). Il carico termico. Il rendimento del generatore di vapore (per via diretta e indiretta). Il grado di schermatura e suo aumento con le potenzialità del generatore di vapore.

Gruppi a ciclo combinato gas-vapore. Schema di gruppo a un livello di pressione. Diagramma T-s. e diagramma di scambio termico T,Q e T,q. Bilanci energetici nei vari corpi scambiatori di un gruppo combinato. Rendimento e rendimento di recupero di un gruppo combinato.

Il condensatore. Schema di un condensatore a due passaggi e principio di funzionamento. L'influenza del numero di passaggi sulla velocità di atraversamneto, le perdite di carico e l'ingombro del condensatore. Accorgimenti costruttivi per aumentare le prestazioni di un condensatore aumentando il coefficiente globale di scambio termico.

Turbomacchine. Equazioni del moto dei fluidi per condotti fissi. Le grandezze totali e la velocità del suono, regimi di moto. L'efflusso di un fluido comprimibile da un ambiente a stato fisico definito. Il chocking. Portata massima, parametro di flusso. L'andamento delle aree di passaggio attraverso un condotto di portata assegnata a seconda del regime di moto: equazione di Hugoniot. Condotto convergente e convergente divergente. Perdite nello statore. Diagramma g,s nello statore. Diagramma h,s per un condotto convergente e convergente divergente. Equazione di Eulero per uno stadio. Equazione alle differenze di energia cinetica. Grado di reazione. Rendimento total tot total e total to static.

Gli stati fisici di uno stadio a reazione nel diagramma h,s. Perdite nel rotore. Lo stadio a reazione delle turbine assiali; triangoli di velocità. Proporzionamento normale. Lavoro massimo e relativi triangoli di velocità. Rendimento toal to total stadio a reazione e condizione massima.

Lo stadio ad azione: i triangoli di velocità, il lavoro massimo, rappresentazione degli stati fisici ingresso/uscita statore/rotore sul diagramma entalpico. Rendimento total to static. Confronto tra le perdite dello stadio ad azione e quelle dello stadio a reazione.

Schema e principio di funzionamento di una turbina di De Laval ad azione semplice. Limiti della turbina di De Laval relativi al salto entalpico massimo smaltibile.

Turbina a due salti di velocità, schema e principio di funzionamento. Triangoli di velocità nelle due giranti e raddrizzatore. Valutazione del lavoro, del lavoro massimo. Turbina a due salti di velocità: rendimento total to static. Confronto con il rendimento di una turbina ad azione semplice.

Turbina a salti di pressione; schema e principio di funzionamento. Rendimento total to static e fattore di recupero.

Turbina a reazione; schema e principio di funzionamento. La funzione del tamburo equilibratore. Limiti della portata in ingresso e in uscita alla turbina a reazione. Espressione analitica della portata in ingresso e in uscita alla turbina a reazione. La turbina mista e la turbina a doppio flusso.

 

MODULO II

Scambiatori di calore. Coefficiente globale di scambio termico. Temperatura di parete. Scambiatori in equi e controcorrente. Diagramma temperatura, potenza termica e definizione di efficienza di uno scambiatore. Capacità termica oraria. Valutazione dell'efficienza di uno scambiatore per via grafica nel diagramma T-Q. DT medio logaritmico e metodo del e-NTU.

Pompe Centrifughe. Architettura della macchina e principi funzionali. Il bilanciamento delle spinte assiali. Triangoli di velocità (pale avanti/indietro), il canale palare. Determinazione analitica della prevalenza teorica. Le perdite. Prevalenza reale, prevalenza a portata nulla. Individuazione del punto di funzionamento. La Regolazione. Limiti della trattazione di Eulero: difetto di deviazione della vena. Pompe in serie e in parallelo. Problematiche di funzionamento: Adescamento e Cavitazione. Adescamento: definizione del problema è soluzioni.La cavitazione: spiegazione del fenomeno fisico, definizione del parametro NPSH, condizioni di cavitazione, andamento NPSH in funzione della portata e procedura di determinazione.

Testi/Bibliografia

"Sistemi Energetici" 1 – MACCHINE A FLUIDO, G: Negri di Montenegro, M. Bianchi A. Peretto – Pitagora Editore

Metodi didattici

I due moduli saranno erogati in parallelo durante il I ciclo di lezioni.

Gli argomenti trattati a lezione sono la riproduzione fedele di ciò che il Docente ha riportato nel proprio testo di Sistemi Energetici.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame sarà unico per entrambi i moduli e prevede complessivamente tre domande orali su tre argomenti del Programma.

Diagrammi richiesti (lo studente deve saper tracciare in maniera realistica):

- T,s dell'aria con andamento delle isocore e isobare

- T,s dell'acqua con andamento delle isobare dentro e fuori della curva limite

- h,s dell'acqua con andamento delle isobare e isoterme dentro e fuori della curva limite

-Curva di prestazione di pompe centrifughe (prevalenza e NPSH in funzione della portata)

Schemi richiesti:

- Gruppi turbogas, gruppi a vapore, a ciclo combinato e cogenerativi e in generale gli schemi impiantistici trattati a lezione.

Disegni richiesti:

- Turbina ad azione

- Turbina a salti di velocità

- Turbina a salti di pressione

- Turbina a reazione

- Pompa centrifuga

Strumenti a supporto della didattica

Parti di macchine portate e spiegate a lezione.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Antonio Peretto

Consulta il sito web di Gian Marco Bianchi